Coprecipitación

En química , la coprecipitación ( CPT ) o coprecipitación es el arrastre por un precipitado de sustancias normalmente solubles en las condiciones empleadas. ^{[ 1 ] [ 2 ]} De forma análoga, en medicina , la coprecipitación (denominada inmunoprecipitación ) es específicamente "un ensayo diseñado para purificar un solo antígeno de una mezcla compleja utilizando un anticuerpo específico unido a un soporte de perlas". ^{[ 3 ]}

La coprecipitación es un tema importante en el análisis químico , donde puede ser indeseable, pero también puede aprovecharse útilmente. En el análisis gravimétrico , que consiste en precipitar el analito y medir su masa para determinar su concentración o pureza, la coprecipitación es un problema porque las impurezas no deseadas a menudo coprecipitan con el analito, lo que resulta en un exceso de masa. Este problema a menudo puede mitigarse mediante la "digestión" (esperar a que el precipitado se equilibre y forme partículas más grandes y puras) o redisolviendo la muestra y volviéndola a precipitar. ^{[ 4 ]}

Por otro lado, en el análisis de oligoelementos, como suele ocurrir en radioquímica , la coprecipitación suele ser la única forma de separar un elemento. Dado que el oligoelemento se encuentra demasiado diluido (a veces en concentraciones inferiores a una parte por billón) para precipitar por medios convencionales, se suele coprecipitar con un portador , una sustancia con una estructura cristalina similar que puede incorporar el elemento deseado. Un ejemplo es la separación del francio de otros elementos radiactivos mediante su coprecipitación con sales de cesio , como el perclorato de cesio . Se atribuye a Otto Hahn la promoción del uso de la coprecipitación en radioquímica.

Existen tres mecanismos principales de coprecipitación: inclusión, oclusión y adsorción . ^{[ 4 ]} Una inclusión (incorporación en la red cristalina) ocurre cuando la impureza ocupa un sitio de la red en la estructura cristalina del portador, lo que resulta en un defecto cristalográfico ; esto puede suceder cuando el radio iónico y la carga de la impureza son similares a los del portador. Una oclusión ocurre cuando una impureza adsorbida queda atrapada físicamente dentro del cristal a medida que crece. Un adsorbato es una impureza que está débil o fuertemente unida (adsorbida) a la superficie del precipitado.

Además de sus aplicaciones en análisis químico y radioquímica, la coprecipitación también es importante para muchos problemas ambientales relacionados con los recursos hídricos, incluyendo el drenaje ácido de minas , la migración de radionúclidos alrededor de depósitos de desechos, el transporte de metales pesados ​​tóxicos en sitios industriales y de defensa, las concentraciones de metales en sistemas acuáticos y la tecnología de tratamiento de aguas residuales . ^{[ 5 ]}

La coprecipitación también se utiliza como método de síntesis de nanopartículas magnéticas . ^{[ 6 ]}

Hay dos modelos que describen la distribución del compuesto trazador entre las dos fases (el precipitado y la solución): ^{[ 7 ] [ 8 ]}

• Ley de Doerner-Hoskins (logarítmica):

${\displaystyle \ln {\frac {a}{ax}}=\lambda \ln {\frac {b}{by}}}$

• Ley de Berthelot-Nernst:

${\displaystyle {\frac {x}{ax}}=D{\frac {y}{by}}}$

dónde:

a y b son las concentraciones iniciales del trazador y del portador, respectivamente;

a − x y b − y son las concentraciones del trazador y del portador después de la separación;

x e y son las cantidades del trazador y del portador en el precipitado;

D y λ son los coeficientes de distribución .

Para valores de D y λ mayores que 1, el precipitado se enriquece con el trazador.

Dependiendo del sistema y las condiciones de coprecipitación, tanto λ como D pueden ser constantes.

La derivación de la ley de Doerner-Hoskins presupone que no existe intercambio de masa entre el interior de los cristales precipitantes y la solución. Cuando se cumple esta suposición, el contenido del trazador en el cristal no es uniforme (los cristales se consideran heterogéneos). Cuando se aplica la ley de Berthelot-Nernst, la concentración del trazador en el interior del cristal es uniforme (y los cristales se consideran homogéneos). Esto ocurre cuando es posible la difusión en el interior (como en los líquidos) o cuando se permite la recristalización de los pequeños cristales iniciales. Los efectos cinéticos (como la velocidad de cristalización y la presencia de mezcla) influyen en este proceso.

• Ley de Fajans-Paneth-Hahn